刀具材料对运载火箭叠层厚板高速制孔影响的实验研究

针对当前厚度大于10mm的运载火箭铝合金叠层板在高速制孔过程中存在的钻头折断、噪音、毛刺等问题,开展了刀具材料对运载火箭叠层厚板钻孔影响的实验研究。从孔径、毛刺和切削力等方面分析含钴高速钢、硬质合金和涂层硬质合金3种刀具材料对制孔的影响。结果表明:相比于硬质合金钻头,含钴高速钢麻花钻尽管钻削力较高,但具有钻孔数量多、产生的毛刺高度小、出入口较为光整、细小毛刺少、刀具发生磨损而不断裂等优点,因此,更适合进行2219铝合金叠层厚板的制孔。     

不同冷却下运载火箭叠层厚板高速制孔试验

运载火箭在装配过程中大量采用钻铆工艺,使得钻孔效率和质量成为影响装配工艺的重要因素。针对当前厚度大于10mm的运载火箭铝合金叠层板在高速制孔加工过程中存在的钻头折断、噪音、毛刺等问题,开展了冷却条件对运载火箭叠层厚板钻孔影响的试验研究。采用压电晶体测力仪测量切削力,采用轮廓投影仪测量孔径,采用超景深体视显微镜进行毛刺观测,从孔径、毛刺和切削力等方面分析无冷却、空气冷却和液氮冷却3种冷却条件对制孔的影响。结果表明:空气冷却条件下,钻孔数量最多,且能够满足制孔精度和毛刺方面的要求;无冷却条件下的钻削力最大,液氮冷却条件下的钻削力最小;钻头折断前并没有发生明显的刀具磨损,钻头的突然折断是由高温粘屑所引起的。     

麻花钻钻削碳纤维复合材料/铝合金叠层材料的轴向力研究

工艺参数和刀具参数对碳纤维复合材料/铝合金叠层材料的钻削轴向力及制孔质量具有重要的影响.使用普通硬质合金麻花钻对该叠层材料进行钻削试验,分析主轴转速、进给量、麻花钻顶角和螺旋角对钻削轴向力的影响规律,并对试验结果进行回归分析和方差分析,得到了关于工艺参数和刀具参数的初步优化结论.     

玻璃钢复合材料自动钻铆工艺参数研究

针对玻璃钢蒙皮铝合金夹层的制孔工艺参数,进行了钻尖顶角、主轴转速、进给量的正交试验,得出高精度无毛刺制孔的工艺参数:硬质合金刀具,钻尖顶角110°~120°,主轴转速在10000~12000r/min,进给量0.01~0.04mm/r。通过压铆力试验、干涉量分析得出压铆力规律和合适的制孔直径。     

玻璃纤维复合材料与铝合金叠层低损伤制孔工艺参数研究

玻璃纤维复合材料铝合金叠层制孔容易产生毛刺、分层和撕裂缺陷。本文对典型叠层进行了钻孔试验,采用正交试验分析了刀具类型、主轴转速、进给量和刀具顶角参数对钻孔质量的影响。结果表明采用适当的工艺参数可降低制孔损伤。     

制孔质量约束的铝合金薄壁叠层结构单向预压钻孔工艺研究

进行了铝合金薄壁叠层结构单向预压紧钻孔试验,利用方差分析法研究了钻孔参数对孔圆柱度、夹层毛刺等影响的显著性。以零件的变形量为基础建立单向预压情况下钻孔圆柱度的计算模型。分析了钻孔出口毛刺形成机理以及预压力对夹层毛刺的抑制作用。通过算例,验证了叠层零件变形量计算模型的正确性和孔圆柱度计算模型的可靠性。最后,综合考虑孔圆柱度、夹层毛刺高度、效率等因素提出了工艺决策建议。     

GFRP与铝合金叠层低损伤压铆工艺参数研究

为解决玻璃钢(GFRP)与铝合金叠层压铆过程中对GFRP层的损伤问题,对典型GFRP/铝合金叠层开展了2A10材料Φ4 mm铆钉在不同大小预制孔和压铆力下GFRP材料损伤情况的有限元分析,得到了实现低损伤压铆的预制孔大小及压铆力范围;根据仿真结果开展了叠层压铆试验研究并对试片进行了无损检测、剪切强度分析。结果表明:GFRP/铝合金叠层在压铆过程中选用(18. 5±0. 2)kN压铆力、Φ4. 2 mm预制孔可实现GFRP与铝合金叠层的低损伤压铆。     

CFRP/Ti叠层构件螺旋铣孔层间孔径偏差研究

螺旋铣孔是航空航天领域装配孔加工的一种新型加工工艺,与传统钻孔工艺相比,具有加工质量好、制孔效率高、刀具成本低等优势。在进行碳纤维复合材料（CFRP）/钛合金（Ti）叠层构件螺旋铣孔时,由于两种材料特性差异巨大,易导致层间出现孔径偏差,影响制孔精度,成为螺旋铣孔技术应用过程中亟须解决的关键问题。基于便携式螺旋铣孔单元搭建了试验装置,开展了CFRP/Ti叠层构件螺旋铣孔工艺试验,分析了CFRP/Ti叠层构件螺旋铣孔层间孔径偏差的形成原因,提出了通过改变螺旋铣孔工艺参数和铣削方式减小CFRP/Ti叠层构件层间孔径偏差的工艺方法,并进行了试验验证。结果表明,变工艺参数加工可使层间孔径偏差有效降低,不超过0.02 mm。     

机器人旋转超声钻削CFRP/铝合金叠层材料的钻削力实验研究

针对机器人钻削(RCD)CFRP/铝合金叠层材料中钻削力过大引起柔性机器人姿态变形、影响制孔精度与质量的问题,提出了一种机器人旋转超声钻削方法(RRUD),实现钻削力的减小。实验结果显示:加入旋转超声后机器人钻削力显著减小,麻花钻与机器人旋转超声加工系统的匹配性优于三尖钻。采用小进给、高转速的工艺参数可以进一步减小机器人钻削力。为机器人旋转超声钻削CFRP/铝合金叠层材料的钻削力优化提供了参考与依据。     

机器人自动制孔系统钻削工艺参数优化

以铝铝、钛钛和钛铝3种典型叠层构件为研究对象,利用专用试切台和钻孔质量检测仪,研究了机器人自动制孔系统钻削工艺参数。研究表明,铝铝和钛钛叠层构件机器人自动制孔系统可采用一次连续制孔方式实现高精度钻孔,对于铝铝叠层制孔系统采用主轴转速为4000r/min和进给速度为1200mm/min的参数较为合适。钛钛叠层制孔系统采用主轴转速为800r/min和进给速度30mm/min的参数较为合适。钛铝叠层构件自动钻孔时,当叠层厚度大于10mm时,制孔系统采用多次变主轴转速方式钻孔较好,且跟据各层材料选用工艺参数;当厚度小于10mm时,制孔系统采用一次连续方式钻孔,且以钛合金工艺参数进行钻孔。     

Formation of interlayer gap and control of interlayer burr in dry drilling of stacked aluminum alloy plates

In aircraft assembly, interlayer burr formation in dry drilling of stacked metal materials is a common problem. Traditional manual deburring operation seriously affects the assembly qual-ity and assembly efficiency, is time-consuming and costly, and is not conducive to aircraft automatic assembly based on industrial robot. In this paper, the formation of drilling exit burr and the influ-ence of interlayer gap on interlayer burr formation were studied, and the mechanism of interlayer gap formation in drilling stacked aluminum alloy plates was investigated, a simplified mathematical model of interlayer gap based on the theory of plates and shells and finite element method was established. The relationship between interlayer gap and interlayer burr, as well as the effect of feed rate and pressing force on interlayer burr height and interlayer gap was discussed. The result shows that theoretical interlayer gap has a positive correlation with interlayer burr height and preloading pressing force is an effective method to control interlayer burr formation.     

椭圆窝自动化加工技术

为解决椭圆窝自动化加工的工艺难题,提高整体式机翼装配的可靠性,在深入分析椭圆窝形状特点和加工原理的基础上,推导出了椭圆窝摆动中心公式,确定了锪窝刀具与摆动中心的相对位置关系。根据椭圆窝成形原理,提出了椭圆窝执行器各部件相对角度偏差要求并进行了标定。利用标定过的椭圆窝执行器对椭圆窝窝形参数的理论计算结果进行试验验证和调整,得出了窝形偏差的基本形式和调整方法。使用调整后的参数在铝合金材料上加工NAS6型椭圆窝,制出的椭圆窝长短径长度误差在0.05 mm以内,椭圆螺母与工件表面的高度偏差在0.02 mm以内,窝形满足机翼装配要求,实现了椭圆窝的自动化加工。     

Influence of longitudinal-torsional ultrasonic-assisted vibration on micro-hole drilling Ti-6Al-4V

As Ti-6Al-4V is a typical hard to machine material, especially in micro drilling aviation parts, chip breaking difficulty is of increasing interest to explore its further development. In this study, Longitudinal-Torsional Ultrasonic Assisted Drilling (LTUAD) was employed to machine Ti-6Al-4V, and its feasibility was evaluated by comparing with Conventional Drilling (CD). By combining periodical characteristics and vibration models (the separated or the unseparated ultrasonic elliptical vibration), the influence of ultrasonic frequency on the intersection characteristics of trajectories were analyzed. And the intersection characteristics were divided into four categories: even periodicity, odd periodicity, non-odd and even periodicity and composite periodicity, indicating different capability for chip breaking. By applying the longitudinal-torsional compound vibration horn, the micro-hole drilling experiment was carried out on machining center. The chip morphology, the thrust force, and the burr height were discussed. Experimental results showed that the morphology of chips presented as smaller and more fragmentary ones in LTUAD compared with continuous helical conical ones and fold-shaped ones in CD. Compared with CD, the average values of the thrust force in LTUAD reduced by 1.98% to 24.9%. According to the burr around the hole exit in both LTUAD and CD, the height of the latter was greatly affected by the drilling parameters. And the burr around the exit of the hole were distributed rather evenly with smaller extension in LTUAD. Consequently, the LTUAD employed in micro-hole drilling was effective.     

八面钻超声振动钻削钛合金出口毛刺形成机理

钛合金在传统麻花钻常规钻孔后,会产生较大的孔出口毛刺,这将导致孔出口去毛刺困难且影响紧固件装配质量。本文引入一种八面钻新刃型刀具,并利用超声振动钻削技术,进行了八面钻超声振动钻削钛合金出口毛刺形成的基础理论和试验研究。理论分析了普通钻削和超声振动钻削的出口毛刺形成过程以及超声振动钻削的出口毛刺降低机理,同时试验验证了超声振动钻削的出口毛刺降低效果。结果表明:相比于钛合金普通钻削,超声振动钻削极大地提高了钻头刀具的切削能力,分别降低了钻削力16%~20%、切削温度18%~21%和出口毛刺高度82%~89%,有效降低了装配过程的去毛刺困难和生产成本。     

阶梯钻钻削碳纤维复合材料的钻削力及孔质量

根据碳纤维复合材料制孔过程中产生的缺陷,自主磨制专用钻头——阶梯钻对碳纤维复合材料进行钻削实验,研究了在不同加工参数下阶梯钻钻削碳纤维复合材料的钻削力、孔出口质量、孔壁表面粗糙度,并与普通麻花钻头进行对比。结果表明:阶梯钻产生的钻削轴向力是麻花钻的一半,孔壁表面粗糙度值更小,孔出口没有明显的缺陷,阶梯钻适合钻削碳纤维复合材料。     

碳纤维复合材料/钛合金叠层钻孔工艺优化

在不同的工艺参数下用硬质合金麻花钻分别对碳纤维复合材料板和碳纤维复合材料板/钛合金叠层板进行钻孔,对钻孔过程用Abaqus有限元软件进行三维仿真,对比仿真和试验结果的轴向力和制孔效果。结果表明,在保证制孔的质量的前提下,选取合理的工艺参数,得到叠层材料制孔的工艺参数的优化结论。     

CFRP/TC4叠层板的钻削实验

采用硬质合金麻花钻对碳纤维复合材料-钛合金叠层板进行钻削试验,分析了钛合金层加工参数对刀具磨损的影响和刀具磨损机制。刀具磨损对孔入口处最大撕裂长度的影响。结果表明:磨损的主要区域是横刃和后刀面,前刀面磨损不明显。钛合金层的低转速和低进给量可以降低刀具磨损;此外随着钻孔数的增加,钛合金层转速越低、进给量越大碳纤维复合材料孔入口处孔质量更好。     

机器人自动钻铆系统集成控制技术

针对飞机自动化装配中对机器人自动钻铆系统设备的控制要求,设计一套以工业机器人为载体,基于Beckhoff控制系统的自动钻铆设备。该控制系统以现场总线的方式,将工业机器人、扩展地轨、多功能末端执行器、刀库以及其他附属设备通过Beckhoff的核心控制软件联系在一起,实现对加工现场的实时控制。并通过一系列的精度补偿措施在多个环节对误差进行修正补偿以提高精度。试验表明,该套系统可达到末端制孔定位精度±0.5mm,垂直精度±0.3°,孔径精度H8,锪窝深度精度±0.01mm。     

钛合金螺旋铣孔孔径偏差研究

螺旋铣孔是航空航天领域新出现的制孔技术,其切削过程中会产生径向切削力,从而引起刀具变形并造成孔径偏差。针对该问题开展了钛合金螺旋铣孔孔径偏差试验,分析了包括进给方向在内的不同加工参数对孔径偏差的影响规律;基于螺旋铣孔运动学原理对不同进给方向下的材料去除过程和径向切削力方向进行了研究,分析了不同进给方向下的孔径偏差变化规律及形成原因,并设计切削力试验进行了验证;通过分析不同加工参数下的未变形切屑形状及径向切削力变化情况,研究了各加工参数对孔径变化趋势的影响规律。研究结果表明,当进给方向为顺时针时,刀具受背离孔心的径向切削力的作用向孔径外侧发生挠曲变形,导致所加工孔径大于理论孔径;当进给方向为逆时针时则相反。进给速度和导程的增加将加剧孔径偏差,切削速度的增加则会减弱孔径偏差。